Technische Universität Ilmenau

Fortgeschrittene Experimentalphysik - Modultafeln der TU Ilmenau

Die Modultafeln sind ein Informationsangebot zu den Studiengängen der TU Ilmenau.

Die rechtsverbindlichen Studienpläne entnehmen Sie bitte den jeweiligen Studien- und Prüfungsordnungen (Anlage Studienplan).

Alle Angaben zu geplanten Lehrveranstaltungen finden Sie im elektronischen Vorlesungsverzeichnis.

Informationen und Handreichungen zur Pflege von Modulbeschreibungen durch die Modulverantwortlichen finden Sie unter Modulpflege.

Hinweise zu fehlenden oder fehlerhaften Modulbeschreibungen senden Sie bitte direkt an modulkatalog@tu-ilmenau.de.

Modulinformationen zu Modulnummer 201071 - allgemeine Informationen
Modulnummer201071
FakultätFakultät für Mathematik und Naturwissenschaften
Fachgebietsnummer2424 (Experimentalphysik I)
Modulverantwortliche(r)Prof. Dr. Jörg Kröger
SpracheDeutsch/Englisch
TurnusWintersemester
VorkenntnisseExperimentalphysik 1-4, Festkörperphysik 1,

Semiconductor Physics

Lernergebnisse und erworbene Kompetenzen

Die Studierenden haben einen Einblick in die Grundlagen und in aktuelle Fragestellungen zu den Themen Magnetismus und Supraleitung und können diese erklären. Durch die Kombination aus Vorlesung und Übung sind die Studierenden in die Lage, selbständig Probleme zu lösen und idealerweise neue Probleme zu erkennen.

Laserphysik: Students can master the fundamentals of the principle of laser and the basic physical properties of laser, and know about the essential elements of a laser system as well as the operation and application of a laser system.

InhaltFestörperphysik 2
Zentral sind in dieser weiterführenden Vorlesung kollektive Phänomene des elektronischen Systems. Die ersten Vorlesungen behandeln die Abschirmung von Ladungsstörungen durch das nahezu freie Elektronengas. Die dielektrische Funktion wird in der Thomas-Fermi- und in der Lindhard-Näherung angegeben. Die Auswirkung der Abschirmung auf die Phonondispersion wird diskutiert und dient als Motivation für den Begriff des Quasiteilchens. In diesem Zusammenhang wird Landaus Idee der Fermi-Flüssigkeit diskutiert. Anschließend werden der Magnetismus in Festkörpern und die Supraleitung behandelt. Die mikroskopische Ursache von Dia-, Para- und Ferromagnetismus wird vorgestellt. Ein wichtiges Ergebnis stellt das Stoner-Wohlfarth-Modell für den Bandferromagnetismus dar. Es werden weiter Magnonen behandelt, die eine Spinanregung im Festkörper sind. Magnetische Domänen und Domänenwände, die magnetische Anisotropieenergie und eine Vielfalt von möglichen magnetischen Wechselwirkungen zwischen einzelnen Atomen werden behandelt. Der Kondo- und Rashba-Effekt bilden den Abschluss des Magnetismus-Kapitels. Die Supraleitung wird zunächst phänomenologisch mit Hilfe der London-Gleichungen beschrieben. Danach wird die mikroskospische Bardeen-Cooper-Schrieffer-Theorie vorgestellt, deren zentrale Aussage die Cooper-Paar-Bildung aus zwei über virtuelle Phononen miteinander attraktiv wechselwirkenden Elektronen ist. Die Zustandsdichte der Quasiteilchen im Supraleiter wird hergeleitet. Die charakteristische Zustandslücke am Fermi-Niveau wird durch Experimente verifiziert. Flussquantisierung und Josephson-Effekt führen direkt auf das SQUID (superconducting quantum interference device), das ein Messgerät für extrem kleine Magnetfelder ist. Den Abschluss des Kapitels bilden Typ-2-Supraleiter, Hochtemperatur-Supraleiter und neuartige supraleitende Materialien.

Solid State Physics 2
Collective phenomena of the electronic system are key to these advanced lectures.  In the first lectures screening of charges by the nearly free electron gas will be considered.  To this end the dielectric function is evaluated in the approximations by Thomas and Fermi and by Lindhard.  Screening leaves its footprints on the phonon dispersion, on the metal-to-insulator transition and is at the base of Landau's concept of quasiparticles.  Subsequently, magnetism and superconductivity will be addressed.  As a central result the microscopic origin to diamagnetism, paramagnetism and ferromagnetism will be unveiled.  In particular band ferromagnetism will be described within the model put forward by Stoner and Wohlfarth.  Magnetic domains and domain walls are most appropriate to introduce the concept of magnetic anisotropy energy.  Magnetic excitations such as magnons, the Kondo and the Rashhba effect conclude the magnetism part of the lectures.  The phenomenological description of superconductivity by the London equations is soon followed by its microscopic explanation due to Bardeen, Cooper and Schrieffer.  The counterintuitive mutual attraction of two electrons to form a Cooper pair will be traced to the exchange of virtual phonons.  The quasiparticle density of states of a conventional superconductor will be derived and corroborated by experiments.  Magnetic flux quantization and the Josephson effect are the basis for the superconducting quantum interference device (SQUID), which represents a probe for extremely low magnetic fields.  Type 2 superconductors, hight-temperature superconductors and novel superconducting materials conclude the lectures.

Laserphysik: The course teaches the physical basics of the laser.

Definition and features of laser; Basis of the theory of the laser: Einstein coefficients and Einstein relation; Gain medium of laser and its important parameters; Line broadening of laser; Necessary laser condition: Population inversion; Producing population inversion: direct and indirect pumping; Two-, three- and four-level lasers; Laser resonator: Cavity modes and Fabry-Perot resonator; Laser equations: describe the dynamics of laser oscillation; Laser operation: different ways of operating a laser; Different types of laser: gas laser, dye laser, solid-state laser and semiconductor laser.

Medienformen und technische Anforderungen bei Lehr- und Abschlussleistungen in elektronischer Form

Tafel, Beamer

Literatur

wird bekanntgegeben

Lehrevaluation
Spezifik Referenzmodul
ModulnameFortgeschrittene Experimentalphysik
Prüfungsnummer2400862
Leistungspunkte5
SWS5 (3 V, 2 Ü, 0 P)
Präsenzstudium (h)56.25
Selbststudium (h)93.75
VerpflichtungPflichtmodul
Abschlussschriftliche Prüfungsleistung, 60 Minuten
Details zum Abschluss
Alternative Abschlussform aufgrund verordneter Corona-Maßnahmen inkl. technischer Voraussetzungen

Abschlussleistung in Distanz entsprechend §6a PStO-AB

Anmeldemodalitäten für alternative PL oder SL
max. Teilnehmerzahl